福岡県工業技術センター 機械電子研究所
竹下 朋春
１．はじめに
ステンレス鋼などの難削材の切削加工が中小企業において問題となっている。そこで、
TiAlNコーテッド粉末ハイス、TiAlNコーテッド超硬エンドミルを用いた切削性能を検討
する。
２．実験方法
乾式のダウンカット切削にてSUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630の加工実験を
行い、工具摩耗などの工具特性について検討を行った。
使用工具 TiAlNコーテッド粉末ハイス 4枚刃
TiAlNコーテッド超硬 4枚刃
被削材 SUS304(オーステナイト系)（HB164） 100×60×60
SUS420J2(マルテンサイト系)（HB207） 100×60×60
SUS440C(マルテンサイト系)（HB255） 100×60×60
SUS630(析出硬化系)（HB302） 100×60×60
工作機械 牧野フライス製 BN-８
工具ホルダ BT４０
工具損傷観察 万能工具顕微鏡（ニコン）
３．実験条件
実験方法を写真１に、実験条件を表１に示す。
切削方向(DOWN CUT)
回転方向
写真１ 実験方法
表１ 切削条件
切削工具 TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ粉末ハイス 4枚刃
切削方法 側面切削
切削速度 V (m/min) 35m/min
半径方向切込み 0.8mm,
軸方向切込み 10mm
送り速度 ｆ（mm/刃） 0.1mm/刃
切削方向 ダウンカット
切削油 乾式
工具突出し量 30mm
本年度の共同実験では、TiAlNコーテッド粉末ハイスを用いたエンドミル切削を行った。
工具メーカの推奨切削速度35m/min、半径方向切込み量0.8mm、送り速度0.1mm/刃にお
けるSUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630の工具寿命について実験を行った。
４．SUS304、SUS420J2、SUS440、SUS630の組成及び特性
表２ 化学成分、引張試験、硬さ
化学成分 ％ 引張試験 硬さ
記号 C Si Mn P S Ni Cr 耐力
N/mm2
引張強さ
N/mm2
HB
SUS304 0.08以下
1.00以下
2.00以下
0.045
以下
0.030
以下
8.0～
10.50
18 ～
20.00
－ 205 以上
520 以上
187以下
SUS420
J2
0.26
～
0.40
1.00
以下
1.00
以下
0.040
以下
0.030
以下
12.00
～
14.00
－
540 以上
740 以上
235 以下
SUS440C
焼なまし
0.95
～
1.20
1.00
以下
1.00
以下
0.040
以下
0.030
以下
16.00
～
18.00
726 269以下
SUS630 0.07以下
1.00以下
1.00
以下
0.040
以下
0.030
以下
3.00～
5.00
15.00
～
17.50
Cu
Nb
+Ta
363以下
SUS304は、オーステナイト系ステンレス鋼である。SUS304は、耐粒界腐食性、溶接性
の改良が図れてC含有量が低下したものである。SUS420J2は、マルテンサイト系ステン
レス鋼で、SUS410系に比べC量が高く、焼入れ状態での硬さが高く、刃物、ノズルなど
の部品に広く使用されている。SUS440Cは、すべてのステンレス鋼・耐熱鋼中最高の硬さ
を持ち、耐食・耐磨耗性に優れている。SUS630は、マルテンサイト系析出硬化型ステンレ
ス鋼でオーステナイト系に比べて延性および靭性に乏しいが、析出強化により高強度を付
与した材料である。
米国AISI(American Iron and Steel Institute)で規定されている被削性指数では、
SUS304が35で、SUS420が45、SUS440が40、SUS631が35となっている。オーステ
ナイト系ステンレスであるSUS304の加工性が悪いことが判断できる。
５．実験結果
５．１ SUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630の比較
図１にSUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630のTiAlNコーテッド粉末ハイスを用
いた工具逃げ面磨耗、写真2,3,4,5に各切削距離での工具観察写真、表３に切粉の変化を示
す。SUS420J2、はワークが足りず切削距離70mで打ち切った。
B
B
B
B
B
B
B
J
J
J
JJ
J
J
J
J
J
J
H
H
H
H
F
FF
FF
F
F
F
F
F
F
0.001
0.010.10.15
10100100010000100000
FLANK WEAR (mm)
CUTTING LENGTH (mm)
BSUS304
JSUS420J2
HSUS440C
FSUS630
図１ 工具逃げ面磨耗（V=35m/min 半径方向切込み量0.8mm 送り0.1mm/刃）
SUS304については、切削距離25mあたりから切粉が重なったようなものになり、30m
で切粉の重なりが表３に示すようになり、逃げ面磨耗幅も0.12mmに達した。大きな境界
磨耗は、見られなかった。このまま、加工を継続すると切粉が工具に完全に凝着してしま
い切削不能となる。
SUS420J2は、切削距離70mまではチッピングも発生せず、境界部、刃先部が極端に磨耗
することもなく、どの部分でもほぼ均一であった。切削音の大きな変化も無かった。刃先
のエッジもはっきりと判断がつくものであった。70mの時の逃げ面磨耗幅は、0.07mmで
あった。70m切削を行った後の断面形状は、ねじれの関係で波打ったものになり、切削力
の影響によるたわみで最大100μmあった。
SUS440Cは、切削距離10mで逃げ面磨耗幅が0.1mmで、12mで工具が溶損してしまっ
表３ 切削距離による切粉の変化 V=35m/min f=0.1mm
切削距離
（mm）
1000 20000
60000
(SUS304のみ30000)
SUS304
SUS420J2
SUS630
た。SUS440Cの寿命が短かったため、別途超硬工具との比較を行った。
SUS630は、切削距離40mで逃げ面磨耗幅が0.1mmで、切削距離60mを越えた当りから
切粉が分断しながら排出される状態になった。67mでの逃げ面磨耗幅は、0.15mmであっ
た。この時の、工具径を工作機上測定器にて回転させながら測定したところ、直径が7.97mm
くらいであった。新品の時の工具直径が7.996mm程度なので、20μm程度の直径の減少
が起きていた。この工具では、逃げ面磨耗幅が0.15mmの時に、直径が20μm程度減少す
ることで、最近の機上工具計測装置で工具寿命を判断することが可能ではないかと考える。
しかし、N数を増やし実験を行う必要がある。
写真２ SUS420J2切削（70000mm） 写真３ SUS410切削（60000mm）
写真２ SUS420J2切削（60000mm） 写真３ SUS630切削（67000mm）
５．２ SUS440Cの工具による比較
SUS440Cでの切削性能がSUS420J2やSUS630に対して悪かったため、SUS440Cに
対してTiAlNコーテッド超硬工具4枚刃を用い、表４に示す条件にてTiAlNコーテッド粉
末ハイス工具との比較を行った。その結果を図２に示す。
表4 切削条件
切削工具 TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ超硬 4枚刃
切削方法 側面切削
切削速度 V (m/min) 80
半径方向切込み 0.8mm
軸方向切込み 10mm
送り速度 ｆ（mm/刃） 0.1mm/刃
切削方向 ダウンカット
切削油 乾式
工具突出し量 30mm
440Cでは、熱処理後の硬度はHRC61程度と非常に硬いため、850℃の3時間で焼きな
ましを行った材料に対して切削を行っている。従ってHRC25程度の材料であった。
TiAlNコーテッド粉末ハイスを用いた実験では、2回とも切削距離10mで表５に示すよ
うな状態となり、逃げ面磨耗幅は0.1mmであった。その後11mで工具損傷が起きた。
この材料のみ、境界磨耗がはげしく、加工面にバリが発生した。
切削距離10mの時の境界磨耗幅は、0.3mmから0.4mm（写真４）に達していた。
切粉の排出も他の材料は後方に排出されるが、SUS440Cのみ切粉の離れが悪く、切削方
向の前方に排出されることが観察された。焼きなましを行っているため硬度は高くないが、
被削時の切削温度の上昇により切粉が硬化し、境界部に影響をおよぼしているのではない
かと考えられる。
B
B
B
B
B
J
J
J
J
J
HHH
HH
HH
H
H
H
0.001
0.010.10.15
10100100010000100000
FLANK WEAR (mm)
CUTTING LENGTH (mm)
Bハイス１
Jハイス２
H超硬
図２ 工具逃げ面磨耗（V=35,80m/min 半径方向切込み量0.8mm 送り0.1mm/刃）
写真4 SUS440C切削（10000mm）ハイス 写真5 SUS440C切削（67000mm）超硬
TiAlNコーテッド超硬工具を用いると、ハイスに比較すると極端な境界磨耗等は発生せ
ず安定して50mまで切削を行うことが出来た（写真５）。その時の逃げ面磨耗幅は、0.09mm
であった。切粉の排出は、他の材質と同様に、後方に排出されていた、しかし切削距離35m
当りから切粉の付着が確認できた。また境界部を顕微鏡で観察すると、焼けが見られた。
50m切削を行った後の断面形状は、ねじれの関係で波打ったものになり、切削力の影響に
よるたわみで最大65μmあった。
表５ 切削距離による切粉の変化
ハイスV=35m/min f=0.1mm 超硬V=80m/min f=0.1mm
切削距離
（mm）
1000 10000 50000
SUS440C
ハイス
SUS440C
超硬
コーティング技術の進歩により、ハイス工具、超硬工具の高寿命化が図られてきた。
さらにTi系コーティングではなく、自己潤滑性を持ったコーティングや超耐酸化皮膜の
TiSiNコーティングやAlCr系のコーティング皮膜で高硬度なものが開発されてきている。
テクニカル資料には、耐熱性が大幅に向上し切削温度が高くなる重切削において高寿命を
示している。今後も、このような新しい工具に対して評価を行っていきたい。
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